一种基于车联网的后车碰撞预警系统及方法

1.本发明涉及汽车自动化和智能化技术领域，尤其涉及一种基于车联网的后车碰撞预警系统及方法。


背景技术：

2.车联网技术作为新一代信息技术和汽车自动化结合的产物，成为解决车辆行驶难题的重要手段和方向，正推动交通产业的变革与创新。车联网是物联网在汽车与交通中的应用，是车与人，车与车，车与路，车与云之间进行数据和信息交换的信息通信网络，可以实现车载信息服务、车辆数据信息服务、车辆自动驾驶等车联网业务和应用。其中以车辆驾驶为核心，与车辆行驶过程中的智能化应用利用车上传感器，随时感知行驶中的周围环境，收集数据、动静态辨识、侦测与追踪，并结合导航地图数据，进行系统运算与分析，主要包括安全类应用和效率类应用。
3.现有的车联网的安全类应用与车辆行驶安全及道路通行效率息息相关，有助于避免交通事故的发生。目前，依靠单车感知的安全驾驶辅助系统等传统应用处于快速成长期，在中低端车型渗透率将逐步提升。同时，随着车联网技术的不断成熟和推广，特别是nr-v2x技术作为3gpp标准化的第三阶段，可以支持车辆与互联网之间的全面信息交互，将成为5g在汽车技术垂直应用的主要关键技术之一，由于其增强的传输模式可以支持智能网联汽车通信过程中高可靠、低时延的要求，因此可以支持更多安全预警类的应用实现。
4.然而，碰撞预警是安全预警类应用的重要组成部分，在各类驾驶辅助系统中，碰撞预警系统可以协助驾驶员减轻车辆碰撞危害，并对潜在的危害进行预警。经统计，车辆的追尾事故在道路安全各类事故中占有极大的比例，在道路特别是高速行驶中，连环追尾事故频有发生，因此不仅需要考虑前车，后车的碰撞检测同样重要。因此，现有的车辆在高速是容易导致后车碰撞，预警效果不佳，安全性差。


技术实现要素：

5.针对以上相关技术的不足，本发明提出一种基于车联网车路云协同技术，用于避免车辆危险驾驶和连环追尾事故的发生，碰撞预警效果好的后车碰撞预警系统及方法。
6.为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种基于车联网的后车碰撞预警系统，包括：汽车终端设备、路侧终端和车联网核心处理模块；
7.所述汽车终端设备用于实时获取汽车前后车感知信息，并发送至所述路侧终端；
8.所述路侧终端接收所述感知信息，并实时获取道路周围环境信息，用于边缘计算和所述车联网核心处理模块的融合计算获得处理结果，其中，所述道路周围环境信息包括车、路、周围交通附属物和人员；
9.所述车联网核心处理模块用于将所述处理结果的不同信息分别反馈至所述路侧终端和所述汽车终端设备进行碰撞预警。
10.优选的，所述汽车终端设备包括多个，其中，所述汽车终端设备包括：
11.传感器模块，用于采集车辆周边交通环境信息；
12.第一车联网通信模块，用于将所述车辆周边交通环境信息进行接收和发送；
13.汽车智能控制模块，用于接收所述第一车联网通信模块发送的所述车辆周边交通环境信息，并对所述车辆周边交通环境信息进行处理，用以规划汽车驾驶或紧急制动。
14.优选的，所述传感器模块包括：摄像头、陀螺仪和电磁波雷达，所述摄像头用于采集车辆周边的图像数据，所述陀螺仪用于采集汽车的行驶状态，所述电磁波雷达用于采集汽车与周边车辆的距离。
15.优选的，所述摄像头配置于汽车前后和侧边位置，采集前后车距离信息；
16.所述陀螺仪，用来进行感测与车辆转向的探测；
17.所述电磁波雷达，用于在探测范围内进行障碍物探测，实现车辆碰撞预警中的障碍物探测。
18.优选的，所述电磁波雷达为毫米波雷达。
19.优选的，所述路侧终端包括：
20.路侧感知模块，用于采取所述传感器模块，对周围环境进行扫描，并将扫描形成的感知信息发送至所述车联网核心处理模块进行融合计算处理，获得车辆碰撞预警信息；
21.第二车联网通信模块，用于支持汽车与所述路侧终端进行互联互通，接收所述车辆碰撞预警信息，并将所述车辆碰撞预警信息发送至所述第一车联网通信模块；
22.边缘计算模块，用于将所述路侧感知模块采集的原始信息进行分析计算和感知融合，生成结构化数据，并将所述结构化数据发送至所述车联网核心处理模块。
23.优选的，所述边缘计算模块，还用于将部分超出预设阈值信息的响应，直接将计算结果发送至第一车联网通信模块，用以生成汽车智能控制的控制信息。
24.优选的，所述车联网核心处理模块包括：
25.核心处理模块，用于车联网信息核心交换及计算处理，接收所述第二车联网通信模块的感知信息，完成碰撞信息的融合计算处理；
26.链路管理模块，用于支持第一车联网通信模块和第二车联网通信模块进行互联互通，接收回传的车联网信息，并将所述车联网信息发送给相应的所述路侧终端，或直接发送给所述汽车终端设备以实现汽车智能控制。
27.第二方面，本发明实施例还提供一种基于车联网的后车碰撞预警方法，用于基于车联网的后车碰撞预警系统，包括汽车终端设备、路侧终端和车联网核心处理模块；所述后车碰撞预警方法包括以下步骤：
28.s1、通过所述汽车终端设备实时获取汽车前后车感知信息；
29.s2、通过所述路侧终端接收所述感知信息，并实时获取道路周围环境信息，基于边缘计算和车联网核心处理的融合计算获得处理结果，其中，所述道路周围环境信息包括车、路、周围交通附属物和人员；
30.s3、将所述处理结果的不同信息分别反馈至所述路侧终端和所述汽车终端设备进行碰撞预警。
31.与相关技术相比，本发明通过汽车终端设备用于实时获取汽车前后车感知信息，并发送至路侧终端；路侧终端接收感知信息，并实时获取道路周围环境信息，用于边缘计算和车联网核心处理模块的融合计算获得处理结果，其中，道路周围环境信息包括车、路、周
围交通附属物和人员；车联网核心处理模块用于将处理结果的不同信息分别反馈至路侧终端和汽车终端设备进行碰撞预警。本发明可应用于汽车碰撞预警的应用，前车、后车可以采用互联互通或与路侧设备通信两种模式，拓展了车联网通信的通信范围，路侧设备可以采用开放式平台，接入多种厂家车联网通信模块，提高了适用性，扩大了碰撞预警的应用范围，可以有效地减少交通事故的发生，对智能网联乃至自动驾驶车辆提供了保障。
附图说明
32.下面结合附图详细说明本发明。通过结合以下附图所作的详细描述，本发明的上述或其他方面的内容将变得更清楚和更容易理解。附图中：
33.图1为本发明基于车联网的后车碰撞预警系统的模块图；
34.图2为本发明基于车联网的后车碰撞预警系统的结构示意图；
35.图3为本发明汽车终端设备的模块图；
36.图4为本发明路侧终端的模块图；
37.图5为本发明车联网核心处理模块的模块图；
38.图6为本发明基于车联网的后车碰撞预警方法的方法流程图；
39.图7为本发明基于车联网的后车碰撞预警方法的具体流程图。
40.图中，100、基于车联网的后车碰撞预警系统，1、汽车终端设备，11、传感器模块，12、第一车联网通信模块，13、汽车智能控制模块，2、路侧终端，21、路侧感知模块，22、第二车联网通信模块，23、边缘计算模块，3、车联网核心处理模块，31、核心处理模块，32、链路管理模块。
具体实施方式
41.下面结合附图详细说明本发明的具体实施方式。
42.在此记载的具体实施方式/实施例为本发明的特定的具体实施方式，用于说明本发明的构思，均是解释性和示例性的，不应解释为对本发明实施方式及本发明范围的限制。除在此记载的实施例外，本领域技术人员还能够基于本技术权利要求书和说明书所公开的内容采用显而易见的其它技术方案，这些技术方案包括采用对在此记载的实施例的做出任何显而易见的替换和修改的技术方案，都在本发明的保护范围之内。
43.实施例一
44.请参考图1所示，本发明提供一种基于车联网的后车碰撞预警系统100，包括：汽车终端设备1、路侧终端2和车联网核心处理模块3。
45.所述汽车终端设备1用于实时获取汽车前后车感知信息，并发送至所述路侧终端2；所述路侧终端2接收所述感知信息，并实时获取道路周围环境信息，用于边缘计算和所述车联网核心处理模块3的融合计算获得处理结果，其中，所述道路周围环境信息包括车、路、周围交通附属物和人员；所述车联网核心处理模块3用于将所述处理结果的不同信息分别反馈至所述路侧终端2和所述汽车终端设备1进行碰撞预警。
46.具体的，通过汽车终端设备1将感知信号主动上报到路侧终端2上，通过路侧终端2将感知信息进行便于计算处理，将处理后的感知信息上报到车联网核心处理模块3上进行融合计算。在融合计算后，将预警信息下发到路侧终端2上，通过路侧终端2将预警信息下发
到汽车终端设备1上，通过汽车智能控制接收预警信息从而智能控制汽车，安全性高。
47.上述的后车碰撞预警系统综合考虑了道路行驶特别是高速行驶中的前车与后车的碰撞预警等情况，综合了汽车设备与路侧设备的信息共享，将通过车与车、车与云、车与基础设施之间的信息传递拓展了传感器的感知范围，通过前后车全面感知，发挥协同合作优势，提升了道路行驶的安全性。
48.通过采用核心处理与边缘计算相结合的计算方式，为汽车、路侧设备提供远程算力支持，特别是通过基于v2x的车联网技术，降低了对汽车智能控制技术的算力要求，边缘计算模块23将实时控制计算下沉到网络边缘，降低了网络时延，可以更准确、可靠、及时地提供判断信息。
49.上述采用车联网技术，nr-v2x的side-link连接和专用pc5接口提供了传输的高可靠性(》＝99.99％)和高传输速率(100-1000mbps)。
50.这样可应用于汽车碰撞预警的应用，前车、后车可以采用互联互通或与路侧设备通信两种模式，拓展了车联网通信的通信范围，路侧设备可以采用开放式平台，接入多种厂家车联网通信模块，提高了适用性，扩大了碰撞预警的应用范围，可以有效地减少交通事故的发生，对智能网联乃至自动驾驶车辆提供了保障。
51.在本实施例中，所述汽车终端设备1包括多个，其中，所述汽车终端设备1包括：
52.传感器模块11，用于采集车辆周边交通环境信息。便于汽车实时获取周边的交通环境信息，保证汽车行驶的安全性。其中，周边交通环境信息包括前后两侧之间的位置，距离，相互速度，角度等。
53.第一车联网通信模块12，用于将所述车辆周边交通环境信息进行接收和发送。
54.其中，第一车联网通信模块12包括发射单元和接收单元，用于发送信号和接收信号。
55.具体的，用于支持汽车与车联网技术支持的汽车、路侧终端2等其他终端进行互联互通，发送测试信息至路侧设备终端的车联网通信模块，接收来自路侧设备终端车联网通信模块的碰撞预警信息，并将接受到的信息给汽车智能控制模块13用于汽车控制的判决使用。
56.汽车智能控制模块13，用于接收所述第一车联网通信模块12发送的所述车辆周边交通环境信息，并对所述车辆周边交通环境信息进行处理，用以规划汽车驾驶或紧急制动。可以根据车联网通信模块反馈的安全预警信息，规划汽车驾驶轨迹、判断汽车是否需要提醒驾驶员或自动驾驶车辆对碰撞预警执行紧急刹车或主动制动操作。
57.汽车智能控制模块13通过can总线来控制多个汽车edu，从而实现多个汽车edu控制，汽车制动控制效果好，安全性高。
58.在本实施例中，所述传感器模块11包括：摄像头、陀螺仪和电磁波雷达，所述摄像头用于采集车辆周边的图像数据，所述陀螺仪用于采集汽车的行驶状态，所述电磁波雷达用于采集汽车与周边车辆的距离。
59.在本实施例中，所述摄像头配置于汽车前后和侧边位置，采集前后车距离信息。
60.所述陀螺仪，用来进行感测与车辆转向的探测。陀螺仪，又叫角速度传感器，用来进行感测与车辆转向的探测。特别是当汽车行驶到隧道或其他导航信号被遮挡的区域时，可以通过陀螺仪来测量汽车的偏航或直线运动位移。
61.所述电磁波雷达，用于在探测范围内进行障碍物探测，实现车辆碰撞预警中的障碍物探测。
62.具体的，电磁波雷达，用于在探测范围内进行障碍物探测，实现车辆碰撞预警中的障碍物探测。便于汽车实时获取障碍物位置，保证汽车的行驶安全。
63.在本实施例中，所述电磁波雷达为毫米波雷达。毫米波雷达，其工作在毫米波波段，通过雷达系统的电磁波信号的反射来确定物体的距离、速度和角度。相比于激光雷达，其最大距离可以达到1公里，特别是穿透能力强，不容易受到天气环境影响，性价比较高。
64.在本实施例中，所述路侧终端2包括：
65.路侧感知模块21，用于采取所述传感器模块11，对周围环境进行扫描，并将扫描形成的感知信息发送至所述车联网核心处理模块3进行融合计算处理，获得车辆碰撞预警信息。
66.第二车联网通信模块22，用于支持汽车与所述路侧终端2进行互联互通，接收所述车辆碰撞预警信息，并将所述车辆碰撞预警信息发送至所述第一车联网通信模块12。其中，第二车联网通信模块22包括发射单元和接收单元，用于发送信号和接收信号。
67.边缘计算模块23，用于将所述路侧感知模块21采集的原始信息进行分析计算和感知融合，生成结构化数据，并将所述结构化数据发送至所述车联网核心处理模块3。
68.具体的，路侧感知模块21，用于采用摄像头，激光雷达等多种扫描设备，对车道行驶车辆情况进行扫描，并将扫描形成的感知信息发送给车联网核心处理系统进行融合计算处理，获得车辆碰撞预警信息。通过第二车联网通信模块22支持汽车与所述路侧终端2进行互联互通，接收所述车辆碰撞预警信息，并将所述车辆碰撞预警信息发送至所述第一车联网通信模块12。通过边缘计算模块23用于路侧终端2所采集的原始信息的分析计算和感知融合，生产结构化数据通过通信模块传递到车联网核心处理模块3；也需要完成某些重要信息的快速响应，直接将计算结果发送至汽车通信模块，进而完成汽车智能控制的信息生成。通过采用核心处理与边缘计算相结合的计算方式，为汽车、路侧设备提供远程算力支持，特别是通过基于v2x的车联网技术，降低了对汽车智能控制技术的算力要求，边缘计算模块23将实时控制计算下沉到网络边缘，降低了网络时延，可以更准确、可靠、及时地提供判断信息。
69.在本实施例中，所述边缘计算模块23，还用于将部分超出预设阈值信息的响应，直接将计算结果发送至第一车联网通信模块12，用以生成汽车智能控制的控制信息。将控制信息发送到汽车智能控制上实现汽车自动控制的效果，防后车碰撞效果好，安全性高。
70.在本实施例中，所述车联网核心处理模块3包括：
71.核心处理模块31，用于车联网信息核心交换及计算处理，接收所述第二车联网通信模块22的感知信息，完成碰撞信息的融合计算处理。核心处理模块31用于通过云计算平台进行融合计算，并处理的感知信息发送到链路管理模块32上进行发送和接收。
72.链路管理模块32，用于支持第一车联网通信模块12和第二车联网通信模块22进行互联互通，接收回传的车联网信息，并将所述车联网信息发送给相应的所述路侧终端2，或直接发送给所述汽车终端设备1以实现汽车智能控制。其中，链路管理模块32上设置有发送单元和接收单元，用于发送信号和接收信号，信号互通效果好。
73.具体的，核心处理模块31用于车联网信息核心交换及计算处理，接收来自车联网
通信模块的感知信息，完成碰撞信息的融合计算处理。通过链路管理模块32用于支持汽车、路侧终端2、第三方车联网系统等设备的通信模块进行互联互通，接收回传的车联网信息，并将所述车联网信息发送给相应的路侧终端2，或直接发送给汽车终端以实现汽车智能控制。
74.实施例二
75.本发明实施例还提供一种基于车联网的后车碰撞预警方法，用于基于车联网的后车碰撞预警系统100，包括汽车终端设备1、路侧终端2和车联网核心处理模块3；所述后车碰撞预警方法包括以下步骤：
76.s1、通过所述汽车终端设备1实时获取汽车前后车感知信息。
77.s2、通过所述路侧终端2接收所述感知信息，并实时获取道路周围环境信息，基于边缘计算和车联网核心处理的融合计算获得处理结果，其中，所述道路周围环境信息包括车、路、周围交通附属物和人员。
78.s3、将所述处理结果的不同信息分别反馈至所述路侧终端2和所述汽车终端设备1进行碰撞预警。
79.具体的，通过上述s1-s3步骤，本发明综合考虑了道路行驶特别是高速行驶中的前车与后车的碰撞预警等情况，综合了汽车设备与路侧设备的信息共享，将通过车与车、车与云、车与基础设施之间的信息传递拓展了传感器的感知范围，通过前后车全面感知，发挥协同合作优势，提升了道路行驶的安全性。
80.通过采用核心处理与边缘计算相结合的计算方式，为汽车、路侧设备提供远程算力支持，特别是通过基于v2x的车联网技术，降低了对汽车智能控制技术的算力要求，边缘计算模块23将实时控制计算下沉到网络边缘，降低了网络时延，可以更准确、可靠、及时地提供判断信息。
81.上述采用车联网技术，nr-v2x的side-link连接和专用pc5接口提供了传输的高可靠性(》＝99.99％)和高传输速率(100-1000mbps)。
82.这样可应用于汽车碰撞预警的应用，前车、后车可以采用互联互通或与路侧设备通信两种模式，拓展了车联网通信的通信范围，路侧设备可以采用开放式平台，接入多种厂家车联网通信模块，提高了适用性，扩大了碰撞预警的应用范围，可以有效地减少交通事故的发生，对智能网联乃至自动驾驶车辆提供了保障。
83.在本实施例中，所述汽车终端设备1包括多个，其中，所述汽车终端设备1包括：
84.传感器模块11，用于采集车辆周边交通环境信息。便于汽车实时获取周边的交通环境信息，保证汽车行驶的安全性。其中，周边交通环境信息包括前后两侧之间的位置，距离，相互速度，角度等。
85.第一车联网通信模块12，用于将所述车辆周边交通环境信息进行接收和发送。
86.其中，第一车联网通信模块12包括发射单元和接收单元，用于发送信号和接收信号。
87.具体的，用于支持汽车与车联网技术支持的汽车、路侧终端2等其他终端进行互联互通，发送测试信息至路侧设备终端的车联网通信模块，接收来自路侧设备终端车联网通信模块的碰撞预警信息，并将接受到的信息给汽车智能控制模块13用于汽车控制的判决使用。
88.汽车智能控制模块13，用于接收所述第一车联网通信模块12发送的所述车辆周边交通环境信息，并对所述车辆周边交通环境信息进行处理，用以规划汽车驾驶或紧急制动。可以根据车联网通信模块反馈的安全预警信息，规划汽车驾驶轨迹、判断汽车是否需要提醒驾驶员或自动驾驶车辆对碰撞预警执行紧急刹车或主动制动操作。
89.汽车智能控制模块13通过can总线来控制多个汽车edu，从而实现多个汽车edu控制，汽车制动控制效果好，安全性高。
90.在本实施例中，所述传感器模块11包括：摄像头、陀螺仪和电磁波雷达，所述摄像头用于采集车辆周边的图像数据，所述陀螺仪用于采集汽车的行驶状态，所述电磁波雷达用于采集汽车与周边车辆的距离。
91.在本实施例中，所述摄像头配置于汽车前后和侧边位置，采集前后车距离信息。
92.所述陀螺仪，用来进行感测与车辆转向的探测。陀螺仪，又叫角速度传感器，用来进行感测与车辆转向的探测。特别是当汽车行驶到隧道或其他导航信号被遮挡的区域时，可以通过陀螺仪来测量汽车的偏航或直线运动位移。
93.所述电磁波雷达，用于在探测范围内进行障碍物探测，实现车辆碰撞预警中的障碍物探测。
94.具体的，电磁波雷达，用于在探测范围内进行障碍物探测，实现车辆碰撞预警中的障碍物探测。便于汽车实时获取障碍物位置，保证汽车的行驶安全。
95.在本实施例中，所述电磁波雷达为毫米波雷达。毫米波雷达，其工作在毫米波波段，通过雷达系统的电磁波信号的反射来确定物体的距离、速度和角度。相比于激光雷达，其最大距离可以达到1公里，特别是穿透能力强，不容易受到天气环境影响，性价比较高。
96.在本实施例中，所述路侧终端2包括：
97.路侧感知模块21，用于采取所述传感器模块11，对周围环境进行扫描，并将扫描形成的感知信息发送至所述车联网核心处理模块3进行融合计算处理，获得车辆碰撞预警信息。
98.第二车联网通信模块22，用于支持汽车与所述路侧终端2进行互联互通，接收所述车辆碰撞预警信息，并将所述车辆碰撞预警信息发送至所述第一车联网通信模块12。其中，第二车联网通信模块22包括发射单元和接收单元，用于发送信号和接收信号。
99.边缘计算模块23，用于将所述路侧感知模块21采集的原始信息进行分析计算和感知融合，生成结构化数据，并将所述结构化数据发送至所述车联网核心处理模块3。
100.具体的，路侧感知模块21，用于采用摄像头，激光雷达等多种扫描设备，对车道行驶车辆情况进行扫描，并将扫描形成的感知信息发送给车联网核心处理系统进行融合计算处理，获得车辆碰撞预警信息。通过第二车联网通信模块22支持汽车与所述路侧终端2进行互联互通，接收所述车辆碰撞预警信息，并将所述车辆碰撞预警信息发送至所述第一车联网通信模块12。通过边缘计算模块23用于路侧终端2所采集的原始信息的分析计算和感知融合，生产结构化数据通过通信模块传递到车联网核心处理模块3；也需要完成某些重要信息的快速响应，直接将计算结果发送至汽车通信模块，进而完成汽车智能控制的信息生成。通过采用核心处理与边缘计算相结合的计算方式，为汽车、路侧设备提供远程算力支持，特别是通过基于v2x的车联网技术，降低了对汽车智能控制技术的算力要求，边缘计算模块23将实时控制计算下沉到网络边缘，降低了网络时延，可以更准确、可靠、及时地提供判断信
息。
101.在本实施例中，所述边缘计算模块23，还用于将部分超出预设阈值信息的响应，直接将计算结果发送至第一车联网通信模块12，用以生成汽车智能控制的控制信息。将控制信息发送到汽车智能控制上实现汽车自动控制的效果，防后车碰撞效果好，安全性高。
102.在本实施例中，所述车联网核心处理模块3包括：
103.核心处理模块31，用于车联网信息核心交换及计算处理，接收所述第二车联网通信模块22的感知信息，完成碰撞信息的融合计算处理。核心处理模块31用于通过云计算平台进行融合计算，并处理的感知信息发送到链路管理模块32上进行发送和接收。
104.链路管理模块32，用于支持第一车联网通信模块12和第二车联网通信模块22进行互联互通，接收回传的车联网信息，并将所述车联网信息发送给相应的所述路侧终端2，或直接发送给所述汽车终端设备1以实现汽车智能控制。其中，链路管理模块32上设置有发送单元和接收单元，用于发送信号和接收信号，信号互通效果好。
105.具体的，核心处理模块31用于车联网信息核心交换及计算处理，接收来自车联网通信模块的感知信息，完成碰撞信息的融合计算处理。通过链路管理模块32用于支持汽车、路侧终端2、第三方车联网系统等设备的通信模块进行互联互通，接收回传的车联网信息，并将所述车联网信息发送给相应的路侧终端2，或直接发送给汽车终端以实现汽车智能控制。
106.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何纂改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。